一种架空直流线路瞬时性故障识别方法及系统与流程

本发明属于继电保护领域，具体涉及一种架空直流线路瞬时性故障识别方法及系统。

背景技术：

柔性直流电网采用架空输电线路时，输电线路发生瞬时性故障的几率显著上升，故障原因包括雷击，异物、大风等，故障后，通过直流断路器隔离故障线路，对于瞬时性故障，需要通过重合直流断路器恢复直流线路供电。

目前直流线路瞬时性故障的识别方法是通过直流断路器跳闸后经固定延时重合直流断路器，若故障消失，判断为瞬时性故障；若故障仍存在，判断为永久性故障，再次跳开直流断路器。

该识别方法存在以下缺陷：

判断不准确，导致在发生永久性故障时，重合直流断路器，这将会使直流电网与故障点构成电流通路，故障电流对直流断路器及直流换流器构成二次冲击，不利于直流电网的稳定运行。

技术实现要素：

针对现有通过重合直流断路器判断直流线路瞬时性故障识别方法对直流电网的二次冲击影响，本发明提出了一种架空直流线路瞬时性故障识别方法及系统，在故障后直流断路器重合前进行判断，根据判断结果重合直流断路器，若故障为瞬时性故障，重合直流断路器；若故障为永久性故障，不重合直流断路器。本发明可以消除现有直流断路器重合于故障对直流系统造成的二次冲击，保障柔直系统的稳定运行。

本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障识别方法，包括：

当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障。

所述根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障，包括：

在电压频谱的暂态分量幅值小于预设的第一定值时，计算电压幅值；

在所述电压幅值大于预设的第三定值时，确定为瞬时性故障。

所述根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障，包括：

在电压频谱的暂态分量幅值大于预设的第一定值时，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

在所述电压频谱的相关度大于预设的第二定值时，确定为瞬时性故障。

所述电压频谱的相关度按下式计算：

其中，ρ为电压频谱相关度，e(x)和e(y)分别为不同数据窗的频谱能量，x、y为不同的数据窗；

其中，x(n),y(n)分别为不同时段电压频谱的采样值，n为计算数据窗中的采样点数；

用离散傅氏变换的快速算法fft计算不同数据窗的电压频谱。

所述第二定值为0.5。

所述第一定值和第三定值通过在rtds实时数字仿真系统建立柔性直流线路模型后仿真获得。

在根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障之前，还包括：

对所述电压频谱进行归一化处理。

本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障识别系统，包括：

计算模块，用于当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

确定模块，用于根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障。

所述确定模块包括：

第一计算子模块，用于在电压频谱的暂态分量幅值小于预设的第一定值时，计算电压幅值；

第一确定子模块，用于在所述电压幅值大于预设的第三定值时，确定为瞬时性故障。

所述确定模块包括：

第二计算子模块，用于在电压频谱的暂态分量幅值大于预设的第一定值时，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

第二确定子模块，用于在所述电压频谱的相关度大于预设的第二定值时，确定为瞬时性故障。

本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障处理方法，包括：

当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障；

在确定所述故障为瞬时性故障时重合直流断路器，否则不重合直流断路器。

本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障处理系统，包括：

识别模块，用于当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障；

控制模块，用于在确定所述故障为瞬时性故障时重合直流断路器，否则不重合直流断路器。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，利用电压频谱暂态分量及电压特征识别瞬时性故障，提高了柔直架空线路瞬时性故障识别可靠性，确保故障判断的准确性。

本发明提供的技术方案，通过准确识别瞬时性故障，消除了现有技术中直流断路器重合于永久性故障对直流系统的二次冲击。

附图说明

图1为本发明一种架空直流线路瞬时性故障识别方法实施的流程示意图；

图2为实施例瞬时性故障消失前故障电压行波通路图；

图3为实施例瞬时故障消失前的频率分量示意图；

图4为实施例瞬时故障消失后故障电压行波通路图；

图5为实施例瞬时故障消失后的频率分量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

实施例一、

本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障识别方法，工作原理如下：

瞬时性故障时直流断路器隔离故障线路，直流断路器断开后的过程分为暂态及稳态两部，其中暂态过程分为瞬时性故障消除前和后，瞬时性故障消除前故障特征与永久性故障特征相同，瞬时性故障消失后故障特征与消失前差异显著。

(1)直流断路器断开后，瞬时故障消失前故障电压行波通路如图2所示，在频谱上表现为一系列频率分量，如图3所示。

(2)直流断路器断开后，瞬时故障消失后故障电压行波通路如图4所示，频谱特征如图5所示。

(3)直流断路器断开后，进入稳态，由于互感影响，直流线路电压稳定在固定值，该值大小与电压等级及互感相关。

图1为本发明一种架空直流线路瞬时性故障识别方法实施的流程示意图，如图1所示，本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障识别方法，可以包括如下步骤：

当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障。

所述根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障，可以包括：

在电压频谱的暂态分量幅值小于预设的第一定值时，计算电压幅值；

在所述电压幅值大于预设的第三定值时，确定为瞬时性故障。

所述根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障，可以包括：

在电压频谱的暂态分量幅值大于预设的第一定值时，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

在所述电压频谱的相关度大于预设的第二定值时，确定为瞬时性故障。

所述电压频谱的相关度可以按下式计算：

其中，ρ为电压频谱相关度，e(x)和e(y)分别为不同数据窗的频谱能量，x、y为不同的数据窗；

其中，x(n),y(n)分别为不同时段电压频谱的采样值，n为计算数据窗中的采样点数；

具体实施时，可以用离散傅氏变换的快速算法fft计算不同数据窗的电压频谱。

所述第二定值可以为0.5。

所述第一定值和第三定值可以通过在rtds实时数字仿真系统建立柔性直流线路模型后仿真获得。

所述方法还可以包括：

在判断电压频谱暂态分量幅值之前对所述电压频谱进行归一化处理。

本发明实施例所提供的架空直流线路瞬时性故障识别方法，利用电压频谱暂态分量及电压特征识别瞬时性故障，提高了柔直架空线路瞬时性故障识别可靠性，确保故障判断的准确性。

具体实施时，在确定所述故障为瞬时性故障时，本发明实施例可以进一步重合直流断路器，否则不重合直流断路器。

实施例二、

基于相同的构思，本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障识别系统，可以包括：

计算模块，用于采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

判断模块，用于根据电压频谱，判断电压频谱暂态分量幅值是否小于预设的第一定值，若小于则计算电压幅值，否则，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

确定模块，用于根据所述电压幅值或所述电压频谱相关度确定是否为瞬时性故障。

所述确定模块包括：

第一计算子模块，用于在电压频谱的暂态分量幅值小于预设的第一定值时，计算电压幅值；

第一确定子模块，用于在所述电压幅值大于预设的第三定值时，确定为瞬时性故障。

所述确定模块包括：

第二计算子模块，用于在电压频谱的暂态分量幅值大于预设的第一定值时，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

第二确定子模块，用于在所述电压频谱的相关度大于预设的第二定值时，确定为瞬时性故障。

所述第二计算子模块，按下式计算所述电压频谱相关度：

其中，ρ为电压频谱相关度，e(x)和e(y)分别为不同数据窗的频谱能量，x(n),y(n)分别为不同时段电压频谱的采样值,n为计算数据窗中的采样点数。

所述计算模块用fft算法计算不同数据窗的电压频谱。

所述确定模块中的所述第二定值为0.5。

所述第一定值和第三定值通过在rtds实时数字仿真系统建立柔性直流线路模型后仿真获得，仿真系统的输入是柔性直流线路参数，输出为故障后直流线路电压及电压频谱。

本发明实施例所提供的架空直流线路瞬时性故障识别系统，利用电压频谱暂态分量及电压特征识别瞬时性故障，提高了柔直架空线路瞬时性故障识别可靠性，确保故障判断的准确性。

具体实施时，在确定所述故障为瞬时性故障时，本发明实施例可以进一步控制直流断路器重合，否则控制直流断路器不重合。

实施例三、

基于同一发明构思，本发明还提供一种架空直流线路瞬时性故障处理方法，可以包括如下步骤：

当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；

根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障；

在确定所述故障为瞬时性故障时重合直流断路器，否则不重合直流断路器。

本发明所提供的故障处理方法，在故障后直流断路器重合前进行判断，根据判断结果重合直流断路器，若故障为瞬时性故障，重合直流断路器；若故障为永久性故障，不重合直流断路器。本发明可以消除现有直流断路器重合于故障对直流系统造成的二次冲击，保障柔直系统的稳定运行。

实施例四、

基于相同的构思，本发明提供一种架空直流线路瞬时性故障处理系统，可以包括：

识别模块，用于当架空直流线路出现故障时，采集直流线路电压，计算不同数据窗的电压频谱；根据所述电压频谱，确定是否为瞬时性故障；

控制模块，用于在确定所述故障为瞬时性故障时重合直流断路器，否则不重合直流断路器。

本发明所提供的故障处理系统，在故障后直流断路器重合前进行判断，根据判断结果重合直流断路器，若故障为瞬时性故障，则控制直流断路器重合；若故障为永久性故障，则控制直流断路器不重合。本发明可以消除现有直流断路器重合于故障对直流系统造成的二次冲击，保障柔直系统的稳定运行。

实施例五、

(1)对于±500kv柔直系统，利用直流线路侧电压互感器采集直流线路侧电压u，利用fft计算不同数据窗电压频谱，数据窗长度为200点；

(2)对电压频谱采取归一化处理；

(3)根据归一化后的电压频谱，判断电压频谱暂态分量幅值是否小于1kv，若小于则计算电压幅值，否则，计算不同数据窗的电压频谱的相关度；

(4)根据所述电压幅值或所述电压频谱相关度确定是否为瞬时性故障；

(5)判断结果为瞬时性故障时，重合直流断路器；判断结果为永久性故障时，不重合直流断路器。

所述根据所述电压幅值确定是否为瞬时性故障包括：

判断所述电压幅值是否小于500v，若小于，则为永久性故障，否则，为瞬时性故障。

所述根据所述电压频谱相关度确定是否为瞬时性故障包括：

判断所述相关度是否小于0.5，若小于，则为永久性故障，否则，为瞬时性故障。

按下式计算不同数据窗直流电压频谱的相关度：

其中ρ为频谱相关度，e(x)和e(y)分别为不同时间窗的频谱能量x(n),y(n)分别为不同时段电压频谱的采样值,n为计算数据窗中的采样点数。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。